windows驱动开发-PNP管理器

PNP技术是由Microsoft提出的，英文Plug and play的缩写，中译即插即用，意思是系统自动侦测周边设备和板卡并自动安装设备驱动程序，做到插上就能用，无须人工干预，是Windows自带的一项技术。所谓即插即用是指将符合PNP标准的PC插卡等外围设备安装到电脑时，操作系统自动设定系统结构的技术。这就是说，当用户安装新的硬件时，不必设置任何跳线器开关，也不必用软件配置中断请求、内存地址或直接存储器存取(DMA)通道，Windows会向应用程序通知硬件设备的新变化，并会自动协调IRQ、内存地址和DMA通道之间的冲突。

PnP 管理器包含两个部分：内核模式 PnP 管理器和用户模式 PnP 管理器。内核模式 PnP 管理器与操作系统组件和驱动程序交互，以配置、管理和维护设备。用户模式 PnP 管理器与用户模式安装组件（如类安装程序）交互，以配置和安装设备。用户模式 PnP 管理器还与应用程序交互，例如，注册应用程序以通知设备更改，并在发生设备事件时通知应用程序，它们之间的协作如下图:

PnP 驱动程序支持计算机上的物理、逻辑和虚拟设备。术语“PnP 驱动程序”是指支持PNP接口的任何 Windows 驱动程序。虽然大多数 PnP 驱动程序也是 WDM 驱动程序，因此跨 Windows 平台与源兼容，但一些驱动程序支持 PnP，而无需完全实现 WDM。

所有驱动程序都应支持 PnP 和电源管理。如果单个驱动程序不支持 PnP 和电源管理，它将限制整个系统的 PnP 和电源管理支持。

若要支持 PnP，驱动程序必须遵循以下准则：

它必须包含 DispatchPnP 例程;
此调度例程必须处理 IRP_MJ_PNP 请求和关联的次要函数代码。有关详细信息，请参阅 DispatchPnP 例程;
它不得搜索硬件;
PnP 管理器负责确定硬件设备是否存在。当 PnP 管理器检测到设备时，它会通过调用其 AddDevice 例程通知驱动程序。当系统启动时，或者用户向正在运行的系统添加设备或从中删除设备时，都可以检测到硬件;
它不得分配硬件资源;
PnP 驱动程序必须为 PnP 管理器提供设备可能使用的资源列表。 PnP 管理器负责将资源分配给每个设备，并在驱动程序发送 IRP_MN_START_DEVICE 请求时通知每个设备的分配。因此，驱动程序必须能够处理各种硬件资源配置;

PnP设备的状态转换

在PnP 系统上，设备在配置、启动、可能停止以重新平衡资源以及可能被删除时会转换各种PnP状态。下图显示了设备的PnP 状态，以及设备如何从一种状态转换为另一种状态：

从上图左上角开始，PnP设备实际存在于系统中，因为用户刚刚插入了设备，或者设备在启动时存在，系统软件尚不知道该设备。

若要开始设备的软件配置，PnP 管理器和父总线驱动程序会枚举设备。 PnP 管理器(可能来自用户模式组件的帮助)标识设备的驱动程序，包括函数驱动程序和任何可选的Filter驱动程序。如果尚未加载驱动程序，PnP 管理器会调用每个驱动程序的 DriverEntry 例程。

初始化驱动程序后，它必须准备好初始化其设备。 PnP 管理器为驱动程序控制的每个设备调用驱动程序的 AddDevice 例程。

当驱动程序收到来自 PnP 管理器的IRP_MN_START_DEVICE 请求时，驱动程序会启动设备并准备好处理设备的 I/O 请求。

如果 PnP 管理器必须重新配置活动设备的硬件资源，则会向设备的驱动程序发送 IRP_MN_QUERY_STOP_DEVICE 和 IRP_MN_STOP_DEVICE 请求。重新配置硬件资源后，PnP 管理器会通过发送 IRP_MN_START_DEVICE 请求来指示驱动程序重启设备。启动配置设备的驱动程序可以在设备启动之前接收 IRP_MN_QUERY_STOP_DEVICE 和 IRP_MN_STOP_DEVICE 请求，尽管上图中未显示此步骤。

当 PnP 设备正在从系统中物理删除或已被删除时，PnP 管理器会将各种删除 IRP 发送到设备的驱动程序，指示它们删除设备的软件表示，包括设备对象等。

在删除驱动程序的所有设备之后的某个时刻，PnP 管理器会调用驱动程序的 Unload 例程并卸载驱动程序。

PNP设备加入系统

下图显示了配置设备的第一步，从用户将硬件插入计算机开始。

以下注释对应于上图中带圆圈的数字：

用户将PnP 设备插入PnP 总线上的可用槽。在此示例中，用户将PnP USB 游戏杆插入 USB 主机控制器上的集线器。 USB 集线器是PnP 总线设备，因为子设备可以连接到它；
总线设备的功能驱动程序确定新设备在其总线上。驱动程序如何确定这一点取决于总线体系结构。对于某些总线，总线功能驱动程序会收到新设备的热插拔通知。如果总线不支持热插拔通知，则用户必须在控制面板中采取适当的操作，以枚举总线。在此示例中，USB 总线支持热插拔通知，因此 USB 总线的功能驱动程序会收到其子级已更改的通知；
总线设备的功能驱动程序通知PnP 管理器其子设备集已更改。函数驱动程序使用 BusRelations 类型调用 IoInvalidateDeviceRelations 来通知PnP管理器；
PnP 管理器查询总线的驱动程序，以获取总线上的当前设备列表。PnP 管理器将 IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONS 请求发送到总线的设备堆栈， Parameters.QueryDeviceRelations.Type 值为 BusRelations，表示PnP 管理器正在请求总线上存在的当前设备列表 (根据总线关系) 。PnP 管理器将IRP发送到总线的设备堆栈中的顶部驱动程序。根据PnPIRP的规则，堆栈中的每个驱动程序处理 IRP，并将IRP向下传递到下一个驱动程序；
总线设备的函数驱动程序处理 IRP。在此示例中，USB 集线器驱动程序处理中心 FDO 的此 IRP。中心驱动程序为游戏杆设备创建 PDO ，并在使用IRP返回的子设备列表中包括指向游戏杆 PDO 的引用指针。当 USB 中心的父总线驱动程序 (USB 主机控制器类/微型类驱动程序对) 完成IRP时，IRP 将通过中心驱动程序注册的任何 IoCompletion 例程来备份设备堆栈；

请注意，总线函数驱动程序通过请求PnP 管理器查询其子设备列表来报告其子设备列表中的更改。总线设备的所有驱动程序都可以看到生成的 IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONS 请求。通常，总线函数驱动程序是处理IRP和报表子级的唯一驱动程序。在某些设备堆栈中，存在总线Filter驱动程序，并参与构建总线关系列表。一个示例是 ACPI，它附加为 ACPI 设备的总线Filter驱动程序。在某些设备堆栈中，非总线Filter驱动程序处理 IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONS 请求，但这并不典型。

此时，PnP 管理器在总线上具有当前设备列表。然后，PnP 管理器确定任何设备是新到达设备还是已删除设备。在此示例中，有一个新设备。下图显示了为新设备创建开发节点并开始配置设备的 PnP 管理器：

以下注释对应于上图中带圆圈的数字：

1. PnP 管理器为总线上的任何新子设备创建开发节点。PnP 管理器将 IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONS IRP 中返回的总线关系列表与当前记录在 PnP 设备树中的总线的子级列表进行比较。 PnP 管理器为每个新设备创建一个开发节点，并为已删除的任何设备启动删除处理。

在此示例中，有一个新设备 (游戏杆) ，因此 PnP 管理器为游戏杆创建开发节点。此时，为游戏杆配置的唯一驱动程序是父 USB 集线器总线驱动程序，该驱动程序创建了游戏杆的 PDO。设备堆栈中也会存在任何可选的总线Filter驱动程序，但为简单起见，本示例省略了总线Filter驱动程序。上图中两个开发节点之间的宽箭头指示游戏杆开发节点是 USB 集线器开发节点的子级。

2. PnP 管理器收集有关新设备的信息，并开始配置设备。PnP 管理器将一系列 IRP 发送到设备堆栈，以收集有关设备的信息。此时，设备堆栈仅包含设备的父总线驱动程序创建的 PDO，以及任何可选总线Filter驱动程序的筛选 DO。因此，总线驱动程序和总线Filter驱动程序是唯一响应这些 IRP 的驱动程序。在此示例中，游戏杆设备堆栈中唯一的驱动程序是父总线驱动程序，即 USB 集线器驱动程序。

PnP 管理器通过向设备堆栈发送 IRP 来收集有关新设备的信息。这些 IRP 包括以下内容：

IRP_MN_QUERY_ID为以下每种硬件 ID 类型的单独 IRP：BusQueryDeviceID、BusQueryInstanceID、BusQueryHardwareIDs、BusQueryCompatibleIDs、BusQueryContainerID
IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES
IRP_MN_QUERY_DEVICE_TEXT，为以下每个项创建单独的 IRP：DeviceTextDescription、DeviceTextLocationInformation
IRP_MN_QUERY_BUS_INFORMATION
IRP_MN_QUERY_RESOURCES
IRP_MN_QUERY_RESOURCE_REQUIREMENTS

在处理新 PnP 设备的这一阶段，PnP 管理器发送上面列出的 IRP，但不一定按列出的顺序发送，因此不应假设 IRP 的发送顺序。此外，不应假定 PnP 管理器仅发送上面列出的 IRP。

PnP 管理器检查注册表以确定设备以前是否已安装在此计算机上。 PnP 管理器在 Enum 分支下检查<设备的枚举器>\<deviceID> 子项。在此示例中，该设备是新设备，必须“从头开始”进行配置。

3. PnP 管理器将有关设备的信息存储在注册表中。

注册表的Enum分支保留供操作系统组件使用，其布局可能会更改。驱动程序编写器必须使用系统例程来提取与驱动程序相关的信息。请勿直接从驱动程序访问Enum分支。列出的以下枚举信息仅用于调试目的：

a. PnP 管理器在该设备枚举器的键下为设备创建子项：PnP 管理器创建名为 HKLM\System\CurrentControlSet\Enum\<enumeratordeviceID> 的enumeratordeviceID子项。如果子项尚不存在，则创建该子项。枚举器是基于 PnP 硬件标准发现 PnP 设备的组件。枚举器的任务由 PnP 总线驱动程序与 PnP 管理器合作执行。

设备通常由其父总线驱动程序（例如 PCI 或 PCMCIA）枚举。某些设备由总线Filter驱动程序（如 ACPI）枚举。

b. PnP 管理器为设备的此实例创建子项：如果 Capabilities.UniqueID 为 IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES 返回为 TRUE，则设备的唯一 ID 在系统中是唯一的。如果没有，PnP 管理器会修改 ID，使其在系统范围内是唯一的。

PnP 管理器创建名为 HKLM\System\CurrentControlSet\Enum\<enumerator><\deviceID>\<instanceID> 的子项。

PnP 管理器将有关设备的信息写入设备实例的子项。

c. PnP 管理器存储信息，包括以下设备提供的内容：

DeviceDesc ，来自 IRP_MN_QUERY_DEVICE_TEXT
Location，来自 IRP_MN_QUERY_DEVICE_TEXT
Capabilities ，来自 IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES 的标志
UINumber，来自 IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES
HardwareID，来自 IRP_MN_QUERY_ID
CompatibleIDs，来自 IRP_MN_QUERY_ID
ContainerID，来自 IRP_MN_QUERY_ID
LogConf\BootConfig，来自 IRP_MN_QUERY_RESOURCES
LogConf\BasicConfigVector，来自 IRP_MN_QUERY_RESOURCE_REQUIREMENTS

此时，PnP 管理器已准备好查找设备的功能驱动程序和Filter驱动程序。请参阅下图：

以下注释对应于上图中的编号圆圈：

内核模式 PnP 管理器与用户模式 PnP 管理器和用户模式安装程序组件进行协调，以查找设备的功能和Filter驱动程序。内核模式 PnP 管理器将事件排队到用户模式 PnP 管理器，标识需要安装的设备。特权用户登录后，用户模式组件将继续查找驱动程序。
用户模式安装程序组件指示内核模式 PnP 管理器加载功能和Filter驱动程序，用户模式组件调用回内核模式以加载驱动程序，从而导致调用其 AddDevice 例程。

下图显示了 PnP 管理器加载适用的驱动程序，调用其 AddDevice 例程，并指示驱动程序启动设备：

以下注释对应于上图中的编号圆圈：

1. 底层的Filter驱动程序

在功能驱动程序附加到设备堆栈之前，PnP 管理器会处理任何低Filter驱动程序。对于每个低Filter驱动程序，如果驱动程序尚未加载，PnP 管理器会调用驱动程序的 DriverEntry 例程。然后PnP 管理器调用驱动程序的 AddDevice 例程。在其 AddDevice 例程中，Filter驱动程序 (Filter DO) 创建Filter设备对象，并将其附加到设备堆栈 (IoAttachDeviceToDeviceStack) 。将设备对象附加到设备堆栈后，驱动程序将作为设备的驱动程序使用。

在 USB 游戏杆示例中，有一个适用于设备的低Filter驱动程序。

2. 功能驱动程序

附加任何较低的Filter后，PnP 管理器将处理功能驱动程序。如果尚未加载驱动程序，则PnP 管理器会调用功能驱动程序的 DriverEntry 例程，并调用功能驱动程序的 AddDevice 例程。功能驱动程序 (FDO) 创建函数设备对象，并将其附加到设备堆栈。

在此示例中，USB 游戏杆的功能驱动程序实际上是一对驱动程序：HID 类驱动程序和 HID 微类驱动程序。这两个驱动程序协同工作，充当功能驱动程序。驱动程序对仅创建一个 FDO 并将其附加到设备堆栈。

3. 上层Filter驱动程序

附加功能驱动程序后，PnP 管理器将处理任何上层Filter驱动程序。

在此示例中，有一个适用于设备的上层Filter驱动程序。

4. 分配资源和启动设备

如果需要，PnP 管理器会向设备分配资源，并发出IRP来启动设备。

a.分配资源
在配置过程的早期，PnP 管理器从设备的父总线驱动程序中收集了设备的硬件资源要求。为设备加载完整的驱动程序集后，PnP 管理器会向设备堆栈发送 IRP_MN_FILTER_RESOURCE_REQUIREMENTS 请求。堆栈中的所有驱动程序都有机会处理此IRP并在必要时修改设备的资源要求列表。
如果设备需要资源，则PnP 管理器会根据设备的要求和当前可用的资源将资源分配给设备。
PnP 管理器可能需要重新排列现有设备的资源分配以满足新设备的需求。这种资源重新分配称为“重新均衡”。现有设备的驱动程序在重新平衡期间接收一系列停止和启动 IRP，但重新平衡必须对用户透明。
在 USB 游戏杆示例中，USB 设备不需要硬件资源，因此PnP 管理器将资源列表设置为 NULL。
b.启动设备 (IRP_MN_START_DEVICE)
PnP 管理器将资源分配给设备后，会将 IRP_MN_START_DEVICEIRP发送到设备堆栈，以指示驱动程序启动设备。

启动设备后，PnP 管理器再向设备的驱动程序发送三个 IRP：

IRP_MN_QUERY_CAPABILITIES：启动IRP成功完成后，PnP 管理器将另一个IRP_MN_QUERY_CAPABILITIESIRP发送到设备堆栈。设备的所有驱动程序都可以选择处理 IRP。PnP 管理器此时会在附加所有驱动程序并启动设备后发送此 IRP，因为函数或Filter驱动程序可能需要访问设备来收集功能信息。
IRP_MN_QUERY_PNP_DEVICE_STATE：例如，此IRP使驱动程序有机会报告设备不应显示在用户界面（如设备管理器和 Hotplug 程序）中。这对于系统上存在但在当前配置中不可用的设备（例如，在取消停靠笔记本电脑时无法使用的笔记本电脑上的游戏端口）非常有用。
总线关系的IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONSPnP 管理器发送此IRP以确定设备是否具有任何子设备。如果是，则PnP 管理器将配置每个子设备。

注意:

GUID_PNP_LOCATION_INTERFACE 接口为设备提供 SPDRP_LOCATION_PATHS 即插即用 (PnP) 设备属性。

若要在驱动程序中实现此接口，请处理 interfaceType = GUID_PNP_LOCATION_INTERFACE IRP_MN_QUERY_INTERFACE IRP，驱动程序提供指向PNP_LOCATION_INTERFACE结构的指针，该结构包含指向接口的各个例程的指针， PnpGetLocationString 例程提供设备SPDRP_LOCATION_PATHS属性中特定于设备的部分。